高压套管及其绝缘最新章节_吕刚著

2.2 干式套管的结构

套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或母线穿过墙壁时所用到的引线绝缘。根据套管所用绝缘介质的不同，分为干式套管、油式套管和油纸复合型套管，本节主要讲述干式套管的结构设计，又分为穿墙套管和出线套管两个部分。穿墙套管是将高压引线穿过墙壁等所用到的套管，出线套管是将高压引线从变压器箱壳中引出所用到的变压器套管。本节结合了具体类型的套管，分别从材料选择、绝缘介质、内外绝缘、结构设计及优化方案等角度展开分析。

2.2.1 穿墙套管

本节以高温固体电制热储热装置穿墙套管为例，对其绝缘、隔热结构展开设计，研究高温固体电制热储热装置穿墙套管的设计原则和参数计算方法，介绍了一种耐受 66 kV以上高电压和储热炉内 800℃以上高温的储热装置穿墙套管。通过电容芯子、真空隔热和阻热环的结构设计和耐温材料遴选，来提升高温固体电制热储热装置穿墙套管的工作电压和耐温等级，并研究其绝缘、隔热结构参数的计算方法。

本节所介绍的高温固体电制热储热装置穿墙套管为一种电容式套管，电压等级为 66 kV，耐受温度为 800℃，其主要结构如图2.1 所示，主要由内绝缘、外绝缘、法兰、阻热环和均压装置组成。

图2.1 高温固体电制热储热装置穿墙套管结构示意图

与传统的高温固体电制热储热装置穿墙套管相比，本节做出以下优化设计：

1）采用电容芯子改善套管整体的电场分布

电容芯子是提升高温固体电制热储热装置穿墙套管电压等级最重要的绝缘部件。电容芯子由多层绝缘纸绕制而成，根据设计要求，绝缘纸层间夹有铝箔，构成串联结构的同轴圆柱电容。此外套管内还充有绝缘介质对电容芯子进行浸渍和散热。均压装置是高温固体电制热储热装置穿墙套管的浸渍绝缘介质的保护设备，其作用是均衡套管内部非固体绝缘介质在储热装置运行时的体积变化。

2）阻热环吸收导电杆向套管传导的热量

高温固体电制热储热装置穿墙套管最主要的传热方式为导电杆的热传导，由于高温固体电制热储热装置穿墙套管的导电杆与电热元件相连，而导电杆又具备极高的热导率，因而由导电杆传导的热量将对耐高温穿墙套管产生极大的危害。针对导电杆传热的隔热问题，设计了一种阻热环结构，如图2.2 所示，该结构是由多个储热层和隔热层交替组成的同心圆台结构。其中储热层由高导热系数、高密度、高热容、高熔点的储热材料制成，其作用为存储由导电杆传导的热量，避免到高温危害高温固体电制热储热装置穿墙套管的内部绝缘。隔热层由低热扩散率的保温材料制成，其作用一方面是阻止由炉内循环风的对流传热和储热体的辐射传热，减小储热层的储热压力，另一方面是增加储热层间的热阻，使阻热环内的温度分布更均匀，提高储热层的利用率。

图2.2 阻热环结构示意图

3）径向隔热层阻隔套管表面向套管内部传导的热量

穿墙套管外隔热层的主要作用除阻隔套管表面向套管内部的传热外，还必须满足足够的绝缘条件。因此，穿墙套管的外隔热层参考现有采用真空结构的高温固体电制热储热装置穿墙套管，利用真空腔进行隔热，其结构如图2.3 所示。利用真空腔内低气体密度的特点，既可以有效隔热，也可以降低气体热电离程度，有效防止套管的电晕和击穿。为保障内外层瓷套在真空腔低气压的环境下不发生形变，真空腔内还必须间隔布置垫块，增加内外层套管的强度。但由于垫块的导热系数高于周围真空，所以，垫块的存在会降低真空层的隔热效果。因此，高温固体电制热储热装置穿墙套管在设计时，应考虑垫块及真空腔厚度的影响，适当采用双层真空腔结构。

图2.3 真空隔热结构示意图

（1）材料选择

高压套管材料选择包括浸渍绝缘介质、电容芯子材料、外绝缘材料和储热/隔热材料，本节将分别介绍这几种材料的选择。

对高温固体电制热储热装置的穿墙套管而言，储热炉内极端的高温条件对绝缘材料的要求则更高：

①高温固体电制热储热装置穿墙套管的绝缘材料在高电压下必须具有较高的绝缘性能，尽可能减小套管质量和尺寸，节省储热炉内部空间。

②高温固体电制热储热装置穿墙套管的绝缘材料必须具有较高的耐温性能，在炉内高温下不发生形变、破裂、分解及爆炸等。

③高温固体电制热储热装置穿墙套管的绝缘材料在温度梯度下必须具有较好的热物性，在大温度梯度下不发生较大的绝缘性能衰减。

④储热材料除具备上述热物性外，还需具备较高的储能密度。

1）浸渍绝缘介质选择

常见的电容式套管浸渍绝缘介质有绝缘油（矿物油、植物油和合成油等）、环氧树脂及SF ₆ 等，其性能参数见表2.2。

表2.2 常用浸渍绝缘介质性能比较

根据表2.2 所示参数，矿物油虽然是现代电力设备中使用量最大的浸渍绝缘介质，其性能也比较优秀，但仍存在多种问题，如闪点较低，在高温下极易分解，高压电器发生电弧时会造成燃烧、爆炸等事故。此外，矿物油属于不可再生资源且难以降解，一旦发生泄漏就会污染当地环境。相比于矿物油，植物油的燃点更高，耐火安全性更好，相对介电常数更高，其值与绝缘纸接近，更有利于实现油纸的绝缘配合，均匀套管的电场分布。然而植物油的价格较高，介质损耗因数、运动黏度、凝点和酸值也都高于矿物油，实际应用中需要配置添加剂，通过化学方式改善电学和热工性能，因此限制了其进一步推广。合成酯油的性能介于矿物油和植物油之间，具有很好的高低温性能。然而，合成酯油尚处研发阶段，进一步的商业应用有待发展。

综上所述，绝缘油的使用温度普遍较低，且性能限制较多，会增大高温固体电制热储热装置穿墙套管的设计难度。环氧树脂和SF ₆ 气体的耐温等级较高，但在高温下，环氧树脂的膨胀问题难以解决，而SF ₆ 难以作为浸渍介质与电容芯子材料形成较好的绝缘配合。因此，可同时选用环氧树脂和SF ₆ 气体作为高温固体电制热储热装置穿墙套管的浸渍绝缘介质实现高温绝缘。将SF ₆ 作为套管与电容芯子间的填充介质，一方面提高套管内的电晕起始电压，另一方面利用SF ₆ 气体较高的耐受温度和相对于套管其他部件较低热导率，对电容芯子起隔热保护作用。将环氧树脂作为浸渍介质，可以达到更好的浸渍效果，提高套管电容芯子的电场均匀度。

此外，SF ₆ 气体在常温下无色、无味、无毒、化学性质稳定，温度在 150℃以下时，不与常用电气设备材料发生化学反应。但是当温度在 150℃以上时，SF ₆ 会在硅钢的催化作用下开始分解；温度在 180~200℃范围内与AlCl ₃ 发生反应；温度在 200℃以上时，在含水量较多的条件下会发生水解反应，产生具有腐蚀性的HF;500℃以上高温下会发生分解，产生有毒的低氟化物，并腐蚀绝缘材料。因此，在使用SF ₆ 时，必须严格控制含水量（小于 15× 10 ^-6 ），并选择对SF ₆ 耐受性较强的材料，如环氧树脂、氧化铝陶瓷、聚四氟乙烯等。

2）电容芯子材料选择

一般所用到的电容芯子材料为植物纤维绝缘纸、矿物纤维绝缘纸和合成纤维绝缘纸。其中植物纤维绝缘纸具有价格低、浸渍后绝缘强度高、抗张强度高及易降解的优势，是多数电气设备的首选绝缘材料，其缺点在于最大耐受温度较低，仅为130℃，难以在高温场合使用。矿物纤维绝缘纸的耐温温度较高，其中云母绝缘纸的最高耐受温度约为 1 000℃，玻璃纤维绝缘纸的最高耐受温度为 500~750℃。然而，对于采用SF ₆ 气体的电容式套管，在制造时，SF ₆ 气体中会不可避免地混入水分和氧气，并与SF ₆ 在高温下的分解产物SF ₄ 和WF ₆ 发生化学反应，产生新的化合物HF。HF将与水合成对含硅物质腐蚀性极大的氢氟酸，侵蚀含玻璃纤维的电容芯子。合成纤维绝缘纸的耐温等级普遍较高，其中芳纶纤维可耐受 370℃的高温，具有优秀的高温性能和电绝缘性能。

综上所述，高温固体电制热储热装置穿墙套管的电容芯子材料应选择耐温等级较高、热性能较好的材料，经上述比较，选用芳纶纤维为绝缘纸材料，减少高温下电容芯子绝缘性能的劣化，并防止SF ₆ 的腐蚀。

3）外绝缘材料选择

外绝缘材料的选择是高温固体电制热储热装置穿墙套管设计的重要部分，在高温固体电制热储热装置中，要求套管的外绝缘材料一方面要具有较强的耐压能力和防闪络能力，能耐受 66 kV的高压不被击穿，炉外套管外绝缘不易发生湿闪和污闪。另一方面还应具有较好的热物性，高温下外绝缘材料的介电性能不发生较大变化，大温差下不发生较大热变形。常用的外绝缘材料包括硅橡胶、聚四氟乙烯、陶瓷及石英等，其性能见表2.3。

通过比较可以看出，硅橡胶的耐受温度很低，然而实际中，高温固体电制热储热装置内的温度可以达到 500~800℃。因此硅橡胶很难作为高温固体电制热储热装置穿墙套管绝缘材料使用。陶瓷和石英两种绝缘材料的耐受温度都很高，陶瓷略高于石英，都能符合高温固体电制热储热装置穿墙套管使用要求。此外，与陶瓷相比，石英玻璃的抗热振性能更强，导热系数更小，在高温环境下具有更好的耐温和隔热性能，因此更适合为高温固体电制热储热装置穿墙套管外绝缘材料。但在高温环境下，石英玻璃会与SF ₆ 的化学产物发生反应，不能与SF ₆ 直接接触，因此选用陶瓷为内层外绝缘材料，与导电杆和电容芯子共同构成SF ₆ 气体腔，选用石英玻璃为外层外绝缘材料，与内陶瓷管构成真空腔，起防止闪络和隔热作用。

表2.3 常用外绝缘介质性能比较

4）储热/隔热材料选择

储热/隔热材料的选择是高温固体电制热储热装置穿墙套管隔热设计的重要部分，根据本节所介绍的高温固体电制热储热装置穿墙套管的结构特点，沿套管外壳的传热主要由真空进行隔热，其导热系数为0.03 W/（m·℃），密度为0.01 kg/ m ³ ，平均比热容为 10 kJ/（kg ³ ·℃）（20 ℃）。

根据储热层与隔热层的特点，阻热环选用氧化铝陶瓷制作储热层，氧化铝陶瓷的导热系数为 21 W/（m·℃），密度为 3 700 kg/ m ³ ，平均比热容为 850 kJ/（kg·℃）（20 ℃），熔点为2 000 ℃，满足储热要求，且氧化铝陶瓷为常用绝缘材料，具有良好的电绝缘性能。本节所介绍的阻热环选用硅酸铝纤维制作隔热层，硅酸铝纤维的导热系数为 0.13 W/（kg·℃），密度为 256 kg/ m ³ ，平均比热容为1 093 kJ/（m·℃），满足隔热要求。

（2）穿墙套管绝缘计算

穿墙套管的绝缘计算包括内绝缘计算和外绝缘计算两部分。套管内绝缘计算即为电容芯子的计算，套管外绝缘计算即为外套的计算。

1）套管内绝缘计算

电容式套管内绝缘计算的主要目的为计算电容芯子的尺寸，其计算尺寸的主要内容为：绝缘层个数 n 、绝缘层最小厚度 d _min ，上下台阶长度 λ ₁ 和 λ ₂ ，接地极板、中间各层极板和零层极板长度 l _n 、 l _x 和 l ₀ ，接地极板、中间各层极板和零层极板半径 r _n 、 r _x 和 r ₀ 。

根据电容式高压套管的绝缘要求，可以确定以下设计原则：

①工作电压下，电容芯子沿径向的最大电场强度 E _rm 不高于有害局部放电电压。

②闪络电压下，电容芯子的上下部沿轴向的电场强度 E ₁ 、 E ₂ 不高于闪络电压。

按上述原则计算时，必须保留足够的裕度。

根据上述设计原则和尺寸参数，可得内绝缘计算流程图如图2.4 所示。

其详细计算流程如下：

①选取最小绝缘厚度 d _min

电容式套管的最小绝缘厚度 d _min 一般选取为 1~1.2 mm，有利于提高局部放电性能。

②计算绝缘层数 n

为缩小尺寸，充分利用绝缘材料，提高套管场强均匀度，套管电容芯子通常采用“等电容，等台阶”的设计方法。该方案下，电容芯子各极板间的台阶长度相同，为实现各绝缘层的电容量也相同，绝缘层的厚度则不等，因而各绝缘层所承受电压和最大场强 E _rm 也不同，其值由最小绝缘厚度 d _min 决定。

根据原则①，工作电压下，最大电场强度 E _rm 不高于有害局部放电电压，最大电场强度 E _rm 可通过式（2.1）计算

式中， d 为绝缘层厚度，mm; ε _r 为绝缘材料相对介电常数； k ₁ 为极板边缘局部放电系数。对于胶纸电容芯子，极板与绝缘纸总会在极板的边缘留有空隙，因此胶纸绝缘的极板边缘局部放电应按照空气中的情况计算。

图2.4 内绝缘计算流程图

对于胶纸套管而言， E _rm 可取 E _K 值，一般为 2 MV/m。对于油纸套管，还需取1.5~2 倍的裕度，一般为 2.5~3.5 MV/ m。

之后，可根据上述结果，计算绝缘层数 n

式中， U 为工作电压；Δ U 为每层电压。

③上下极板台阶 λ ₁ 、 λ ₂

干闪络电压下，电容芯子的上部和下部沿轴向的电场强度 E ₁ 、 E ₂ 不得高于闪络电压。电容式套管一般上部绝缘层较长，其轴向场强 E ₁ 较低，不容易发生闪络，因此主要通过计算下部绝缘层的轴向场强 E ₂ 来防止闪络，并依此确定下极板长度 λ ₂ 。

电容芯子的轴向闪络场强 E _s 和轴向场强 E ₂ 一般通过实测数据选择，其相关数据见表2.4。

表2.4 电容芯子闪络场强

根据上述选择结果，可以计算电容芯子下部台阶长度 λ ₂

电容芯子上部台阶长度 λ ₁ 的值一般为下部台阶长度 λ ₂ 的 1.5~2 倍。

④各层极板长度 l _n 、 l _x 和 l ₀

设两层相邻极板的长度差为 λ ，则有 λ = λ ₁ + λ ₂ ，可得各层极板的长度计算公式为

式中， ξ ₁ 为长度比值（ ξ ₁ = l ₀ / l _n ），一般取值为 3.6~4.1; ξ 为均匀比值，此时，内绝缘零极板和接地极板的径向场强相同，都等于最大工作场强 E _rm ，套管径向场强最均匀。

当法兰长度 L _f 较长需要先行给定时，各层极板的长度计算公式为

式中， L _M 、 L _N 分别为极板上下部的屏蔽长度。

⑤各层极板半径 r _n 、 r _x 和 r ₀

“等电容，等台阶”的电容芯子各绝缘层的电容量相同，因此可以通过该原理计算各层极板半径，计算方法为

假设常数 A 、 B 、 C 分别为

则有

根据上式，即可逐层求出电容芯子各层半径。

2）套管外绝缘计算

套管外绝缘的主要设计参数——最小高度、爬电距离、伞形及伞裙数的计算方法如下：

①外绝缘最小高度 L _g 和爬电距离

根据套管在工频电压及冲击电压下的绝缘性能要求，可以确定套管外绝缘的基本尺寸。因不同波形的电压下，套管外绝缘的闪络电压存在偏差，因此必须考虑该偏差所带来的影响，并取相应的设计裕度，根据试验经验，工频电压下闪络电压计算值的设计裕度可选为 18%，雷电冲击电压下闪络电压计算值的设计裕度可选为 10%。

根据国家标准GB / T 4109—2008《交流电压高于 1 000 V的绝缘套管》的相关规定，可查询相应电压等级下的工频干试耐受电压和雷电冲击耐受电压，并通过下式计算套管外绝缘长度

式中， U _g 为工频干试耐受电压； α 为设计裕度； U _s 为工频湿试耐受电压； L _k 为伞裙空气间隙距离； L _s 为伞裙湿润部分距离； U ₅₀ 为雷电冲击耐受电压。

伞裙空气间隙为伞裙在经受雨水 45 ° 的喷淋后干燥部分边界的最短距离，如图2.5 所示伞裙结构中 L _k = n · AB 。伞裙湿润部分距离是经受雨水 45 ° 的喷淋后，湿润部分的距离之和，如图2.5 所示伞裙结构中其中， l _a 为伞裙上边缘到导线的距离， l _b 为伞裙下边缘到法兰的距离。

图2.5 伞裙闪络距离示意图

在套管外绝缘的计算中，爬电距离与套管闪络事故发生率相关。一般而言，爬电距离的增加可以有效降低湿闪及污闪发生的概率。在套管爬电距离计算时，引入了爬电比距作为选择参数。根据国家标准GB/ T 26218.2—2010 的规定，电力设备污秽等级与爬电比值的对应表，见表2.5。

②伞形及伞裙数

伞形和伞裙数对提高穿墙套管外绝缘的防污闪能力及耐受电压有重要联系，因此伞形的选择和伞裙数的计算也应通过套管的工作环境和耐受电压进行计算。

高温固体电制热储热装置穿墙套管主要用于热电厂的大容量调峰储热装置，热电厂内污秽等级较高，容易发生污闪，因此选用双伞形结构。

表2.5 电力设备污秽等级与爬电比值对应表

一般情况下，为有效增加套管的爬电距离，可以减少伞裙数量，增加伞裙的直径和宽度。如图2.6 所示，套管伞裙的设计参数包括伞宽 a 、伞间距 b 、倾角 c 及小伞径 d ，其中，伞宽 a 的取值可以根据经验确定，伞宽与伞间距之间的比值 a / b 可以取 1~1.2，倾角 c 的取值通常为 10 ° ~15 ° 。小伞径 d 的取值由直径系数 k _D 和平均直径 D _m 确定，当 D _m < 300 mm时， k _D = 1；当 300≤ D _m < 500 mm时， k _D = 1.1；当 D _m > 500 mm时， k _D = 1.2，其中 D _m =（ D ₁ + D ₂ + 2 D ）/4， S / P 应不小于 0.8， P ₁ - P ₂ 应不小于 15。

图2.6 双伞形结构示意图

（3）算例分析

根据上文所述设计原则和计算方法，本节将对额定电压为 66 kV的高温固体电制热储热装置穿墙套管进行案例分析，这种套管的主要技术指标见表2.6。

表2.6 高温固体电制热储热装置穿墙套管主要技术指标

表2.7 电容芯子尺寸表

根据经验和相关外绝缘计算规定，确定套管的最小高度 L _g 为 70 cm，根据外绝缘计算方法，可以计算得套管爬电距离为 1 056mm。选择外瓷套伞宽 a 值为 18 mm，伞距 b 为 18 mm，倾角为 12 mm，总间距 S 为 22.5 mm，小伞径 d 为 10 mm，伞数 n 为 24 mm。

这里套管的最小绝缘厚度 d _min 选择为 1.2 mm。选择电容芯子的局部放电起始场强等于工作场强，取 k ₁ 值为 4.3，取最大电场强度 E _rm 值等于 E _K ，则计算可得 E _rm 为 2 MV/m，并由此计算得套管的绝缘层数 n 为 16 层。

内绝缘炉内部分对瓷套的屏蔽长度为 20 % L _B （ L _B 为上瓷套长度），炉外部分对瓷套的屏蔽长度为 10 % L _B ，由此计算可得电容芯子的上极板长度为 3 cm，由于套管的两端均在空气中，可得下极板长度与上极板长度相等。经计算可得套管的中间参数值： λ = 60 mm， ξ ₁ = 2.57， ξ = 2.57， A = 17 940.3， B = 0.084 2， C = 0.003 34。

由此计算各层极板长度和各层极板半径的结果如表2.7 所示。

2.2.2 出线套管

（1）结构设计

本节以 800 kV双断口罐式断路器出线套管为例，如图2.7 所示。套管采用的是瓷材料，主要结构有瓷件、安装法兰和导体，内部充有气体。当电场强度小于气体分子电离所需要的值时，气体介质中的损耗极小。因此，套管内部充有SF ₆ 气体作为绝缘介质，该气体具有良好的热稳定性和绝缘特性。

影响SF ₆ 沿面放电的因素有很多种，比如电场的分布情况、表面的清洁度以及水分等因素，而对其影响最大的是电场分布情况。若电场分布不均匀，则随着距离的增加，沿面电压很快就会达到饱和状态，造成套管内部闪络，再继续发展将造成击穿，导致套管损坏。所以，在进行套管设计时，应尽量使其内部电场分布均匀，其中的固体绝缘结构应该尽量避免尖角，设计成圆角形状。

图2.7 800 kV SF ₆ 断路器出线绝缘套管

SF ₆ 断路器的出线套管关系着端口的外绝缘以及对地绝缘，断路器的出线套管对其能够安全稳定地运行起着至关重要的作用，其中，套管的绝缘性能最为重要。影响套管绝缘性能的因素有很多，诸如绝缘子表面的污秽、淋雨、雷电及气压等自然因素，还有电气性能、机械性能、抗震性能及鸟害等不明因素。在上述因素当中，影响最大的是电气性能。

1）高压套管的电场分布特点为套管具有一种典型的强垂直介质表面分量的绝缘结构，表面电压分布很不均匀，法兰处电场集中，法兰和导电杆间的电场也很强。套管的这一电场分布形式很容易引起绝缘介质的击穿，所以应该采取相应的措施改善其全场域电场分布。

由于绝缘套管整体呈轴对称结构形状，则其电场分布同样也呈轴对称性质。因此，套管电场的求解可归结为二维轴称静电场边值问题，满足拉普拉斯方程

狄里克莱及诺依曼边界条件分别为

场域中各点电场强度为

2）高压套管结构大多都为细长形，长径比一般都大于 10。因此，在电场等值分析时，称其计算区域为高长径比场域。

3）电场区域为无界场域空间。在采用法进行场域求解时，通常要利用远场单元或边界来近似等效无限远空间，所求得电场值的精确度一定程度上取决于等效远场的选取是否合理。

（2）内绝缘计算

一般情况下，高压套管的绝缘可以分为内部绝缘和外部绝缘两个部分。其中内部绝缘是主绝缘，其主要目的是降低套管内部最大电场强度，使套管内部与外部的电场分布尽可能均匀，使其绝缘破坏概率降到最低。

由于换流变压器套管的尾部浸在变压器油中，此处经常发生局部放电，复杂的工作环境加大了设计的难度。套管设计的核心部分是其内绝缘中的电容芯子，各层极板的长度和半径决定了套管的整体尺寸，本小节通过计算了电容芯子采用等电容方案时的关键尺寸从而确定了套管最佳尺寸。

出线套管内绝缘电容芯子设计需计算的主要尺寸包括：缘层厚度 d ，绝缘层数 n ，极板的上下台阶 λ ₁ 和 λ ₂ 最外层极板的长度和半径 l _n 、 r _n ，最内层极板的长度和半径 l ₀ 、 r ₀ ，中间各层极板的长度和半径 l _i 、 r _i 。结构示意图如图2.8 所示。

一般情况下，各层极板的电容量相等，但各绝缘层的厚度不相等，靠近最内层和最外层极板附近径向场强最大为 E _rm ，绝缘层最小值为 d _min 。

内绝缘电容芯子的结构尺寸由以下几个参数共同决定：径向场强最大值 E _rm ，电容芯子上、下两部分的轴向场强 E _l 1和 E _l 2。这三个参数值定义了电容芯子的基本尺寸，此外设计的安全裕度必须要满足一定的电气性能要求。

1） E _rm 的确定

E _rm 是按照最大工作电压下不会发生有害的局部放电的原则下决定的。对于油纸绝缘，更须考虑有足够的裕度，以免局部放化的发展。

电容极板边缘的局部放电电压 U _p 为

局部放电起始场强 E _p 为

式中， d 为绝缘层厚度； d _min 一般在 1~1.2 mm，取 d _min 为 1 mm; ε _r 为材料相对介电常数，值为3.5; k ₁ 为系数，一般取 10.6。

为防止油纸电容式套管的局部放电引发沿面闪络，一般 E _p ≥（1.5~2） E _rm ，此处取 E _p = 2 E _rm ，即 E _rm 为 3.016 MV/ m。

图2.8 阀侧套管结构图

1—导杆；2—最内层极板，长度l ₀ ，半径r ₀ ；3—各个极板；4—各绝缘层；

5—最外层极板，长度l _n ，半径r _n ；6—法兰；λ ₁ 、λ ₂ —极板的上下台阶长

2）绝缘层数 n 的确定

当 d _min 和 E _rm 知道后，绝缘层数 n 便能求出

式中， U 为工作电压，kV;Δ u _i 为每层电压，kV。

此时厚度最小绝缘层的滑闪电压为

式中， d 为介质厚度； C ₀ 为比电容，其中。

式（2.16）设计结果的安全裕度为

3）均压极板和瓷套长度计算

根据经验确定上瓷套长度 L _B ，取 L _B =6 300 mm；参照过去经验，瓷套在空气中的平均干闪络场强为2.4~3 kV/ cm，干放电平均场强约为3 kV/ cm，则干闪络电压： U _f =630×3 =1 890 kV，与干试电压相比较，安全裕度为： U _f / U _dr y=1 890/1 000 =1.89

对于 1.5 /40 μs全波，冲击电压由式（2.17）来校核：